СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ В ПОДЗЕМНЫХ БУРОВЫХ СКВАЖИНАХ Российский патент 2011 года по МПК E21B19/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для выполнения операций в подземных буровых скважинах и, в частности, к устройству и способу, которые могут использовать и гибкую трубу, и трубу, состоящую из секций с резьбовым соединением.

Предшествующий уровень техники

Использование технологии гибкой спирально свернутой трубы в бурении на нефть и газ и для обслуживания в последние годы становится все более обычным. В данной технологии намотанную на барабан непрерывную гибкую трубу выпрямляют и изолируют в скважине при помощи средства ее ввода. Данную технологию можно использовать и для бурения, и для обслуживания, например, для капитального ремонта/операций по увеличению дебита скважины.

Преимущества, предоставляемые данной технологией, включая экономию времени и себестоимости, хорошо известны. По сравнению с технологией секционных труб, согласно которой обычно 30-45-футовые прямые секции трубы соединяют резьбой в одну секцию за один раз во время бурения скважины, технология гибкой трубы позволяет осуществлять непрерывное введение трубы во время бурения скважины, за счет чего значительно сокращается частота приостановок бурения, нужных для соединения дополнительных секций трубы. В результате этого сокращается время на соединение и поэтому повышается эффективность с точки зрения себестоимости и времени.

Но распространение технологии гибких труб оказалось менее широким, чем первоначально ожидалось, в связи с трудностями, присущими их применению в бурении. Например, поскольку гибкая труба является менее прочной по сравнению с секционной трубой для бурения поверхностной части ствола скважины, нередко необходимо бурить скважину с поверхности при помощи секционной трубы, выполнять цементирование колонны обсадных труб в поверхностной части ствола скважины и потом переходить к бурению с гибкими трубами. Причем, когда забой попадает на такие трудные формации, как гравий, то необходимо будет перейти с бурения гибкими трубами на бурение секционными трубами, пока не завершится бурение через эту формацию, и затем снова перейти к бурению гибкими трубами, чтобы продолжить бурение скважины. Аналогично, когда необходимо выполнить испытания пласта опробыванием пластов для оценки состояния забоя, снова, возможно, будет необходимо перейти с бурения гибкими трубами к бурению при помощи секционных труб и затем - наоборот. Наконец, обратный переход к операциям с использованием секционных труб необходим для ввода обсадной колонны в пробуренную скважину. Вкратце, операции бурения с гибкими трубами обычно необходимы для заказчиков и для бригады для перехода от бурового агрегата бурения с гибкими трубами к использующему секционные трубы обычному буровому агрегату, и этот процесс создает значительные простои, когда один агрегат убирают, а другой устанавливают на месте.

Еще один недостаток бурения с гибкими трубами заключается в требующей много времени сборке (компоновке нижней части бурильной колонны в конце гибкой трубы для бурения, испытания, обслуживания скважины и пр.) и в работах по соединению этой компоновки с концом гибкой трубы. В настоящее время этот этап выполняют вручную с помощью роторов буровой установки и оборудования сборки/демонтажа. В некоторых случаях верхние приводы используют, но средство ввода гибких труб и верхний привод нужно убирать друг от друга, т.е. они вдвоем не могут располагаться в линию со стволом скважины. Этот способ не только влечет за собой дорогостоящий простой, но также представляет собой риск для безопасности рабочих, поскольку им приходится работать с тяжелыми компонентами вручную.

Для решения упоминаемых выше проблем, связанных с применением технологии гибких труб, и для обеспечения избирательного и быстрого переключения с использования средства ввода гибких труб на работу верхнего привода разработаны так называемые «универсальные» или «гибридные» буровые агрегаты. Типичные примеры универсальных буровых агрегатов, т.е. агрегатов, которые используют единую буровую вышку для выполнения операций и с помощью верхнего привода, и с помощью операций с гибкими трубами, причем верхний привод и средство ввода гибких труб обычно всегда оперативно соединены с буровой вышкой, изложены в патентной заявке США № 2004/02066551 и в патентах США 6,003,598 и 6,609,565. Так, в публикации США 2004/0206551 раскрыт буровой агрегат, выполняющий операции в подземной буровой скважине при помощи гибких труб и/или секционных труб; при этом средство ввода и верхний привод установлены на одной и той же буровой вышке, средство ввода гибких труб избирательно перемещается между первым положением, в котором это средство ввода гибких труб выровнено с буровой вышкой и поэтому со скважиной, и вторым положением, в котором средство ввода гибких труб не выровнено с буровой вышкой и поэтому со скважиной.

Во всех системах, раскрываемых в упомянутых патентах, верхний привод и средство ввода гибких труб являются двумя отдельными устройствами. Соответственно, согласно всем упомянутым патентам предложены разные методы для избирательного позиционирования средства ввода гибких труб или верхнего привода над центром ствола скважины в зависимости от проведения операций с использованием гибких труб или секционных труб. Помимо этого, во всех системах, раскрываемых в упомянутых патентах, и как отмечено выше, верхний привод и средство ввода гибких труб всегда оперативно соединены с буровой вышкой. Иногда из соображений удобства желательно проводить только операции с использованием верхнего привода без усложнения в связи с соединением гибких труб с буровой вышкой, на которой установлен верхний привод. Также желательно обеспечить систему, которая сможет быстро переключаться между операциями с гибкими трубами и операциями с использованием верхнего привода и в которой единую систему средства ввода гибких труб можно будет избирательно и оперативно связать с буровой установкой, на которой установлен только верхний привод (буровая установка с верхним приводом), в результате чего единую систему средства ввода гибких труб можно будет перемещать с одной буровой установки с верхним приводом к другой буровой установке с верхним приводом сообразно необходимости и удобству.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создан способ проведения операций в подземной буровой скважине, включающий следующие операции:

обеспечение системы гибких труб, содержащей первую опору, средство ввода гибких труб и барабан гибких труб;

обеспечение второй опоры, отдельной от первой опоры, установка буровой вышки на второй опоре и расположение над устьем скважины верхнего привода на буровой вышке для продольного перемещения по ней;

обеспечение подъемника;

перемещение средства ввода гибких труб подъемником с первой опоры в положение, в котором средство ввода гибких труб может быть подвешено к верхнему приводу;

подвешивание средства ввода гибких труб к буровой вышке или к верхнему приводу;

взаимное соединение буровой вышки и средства ввода гибких труб для предотвращения реактивного перемещения упомянутого средства относительно буровой вышки;

проведение в стволе скважины операции, которая включает в себя подачу гибких труб с барабана через средство ввода гибких труб в ствол скважины, при этом по меньшей мере часть веса упомянутого средства и по меньшей мере часть веса гибкой трубы в стволе скважины приходится на буровую вышку.

Упомянутая операция может включать в себя бурение и соединение гибкой трубы из средства ввода с компоновкой нижней части бурильной колонны, и бурение осуществляют с указанной компоновкой, прикрепленной к гибкой трубе.

Подъемник может быть установлен на первой или второй опоре.

Первая опора может представлять собой колесный прицеп.

Подъемник может содержать пару стрел, расположенных на расстоянии друг от друга.

Каждая стрела может содержать раздвижные секции.

Стрелы могут быть установлены с возможностью их поворота на первой или второй опоре.

Стрелы могут избирательно и с возможностью их отсоединения быть прикреплены к средству ввода гибких труб.

Буровая вышка может содержать первую и вторую расположенные на расстоянии друг от друга колонны, первую направляющую, проходящую в продольном направлении по первой колонне, и вторую направляющую, проходящую в продольном направлении по второй колонне.

Средство ввода гибких труб может содержать первый и второй элементы зацепления, причем первый элемент зацепления прикреплен к одной стороне средства ввода гибких труб, второй элемент зацепления прикреплен к противоположной стороне упомянутого средства, и упомянутые элементы зацепления выполнены с возможностью перемещения из первого, незацепляющего, положения, в котором первый и второй элементы не зацепляют первую и вторую направляющие, соответственно, во второе, зацепляющее, положение, в котором первый элемент зацепления зацепляет первую направляющую, и второй элемент зацепления зацепляет вторую направляющую; причем первый и второй элементы зацепления способны предотвращать реактивное перемещение средства ввода гибких труб относительно буровой вышки в ответ на силы, действующие на средство ввода гибких труб.

Первый и второй элементы зацепления могут иметь первый и второй вилочные элементы соответственно, каждый из которых имеет штангу, прикрепленную к средству ввода гибких труб.

Первая и вторая штанги могут быть прикреплены к средству ввода гибких труб с возможностью их поворота.

Каждый вилочный элемент может содержать два расположенных на расстоянии друг от друга зубца, и осуществляют перемещение вилочных элементов во второе, зацепляющее, положение, в котором первая направляющая расположена между зубцами первого вилочного элемента, и вторая направляющая расположена между зубцами второго вилочного элемента.

Способ может включать подвешивание средства ввода к верхнему приводу.

Способ может включать подвешивание средства ввода к буровой вышке.

Согласно изобретению создано устройство для проведения операций в подземной скважине, содержащее систему гибких труб, содержащую первую опору, средство ввода гибких труб и барабан гибких труб, вторую опору, отдельную от первой опоры, буровую вышку, установленную на второй опоре, верхний привод, установленный на буровой вышке, для его перемещения в продольном направлении по ней, подъемник, выполненный с возможностью зацепления со средством ввода гибких труб и перемещения упомянутого средства с опоры в положение, в котором упомянутое средство ввода выровнено с упомянутым верхним приводом и подвешено к приводу или буровой вышке, и стопор крутящего момента, соединяющий друг с другом буровую вышку и средство ввода гибких труб, чтобы предотвращать реактивное перемещение упомянутого средства ввода гибких труб относительно буровой вышки.

Подъемник может быть установлен на первой или второй опоре.

Первая опора может представлять собой колесный прицеп.

Подъемник может содержать пару стрел, расположенных на расстоянии друг от друга.

Каждая стрела может содержать раздвижные секции.

Стрелы могут быть установлены с возможностью их поворота на первой или второй опоре.

Стрелы могут избирательно и с возможностью их отсоединения прикрепляться к средству ввода гибких труб.

Буровая вышка может содержать первую и вторую колонны, расположенные на расстоянии друг от друга, первую направляющую, проходящую в продольном направлении по первой колонне, и вторую направляющую, проходящую в продольном направлении по второй колонне.

Средство ввода гибких труб может содержать первый и второй элементы зацепления, причем первый элемент зацепления прикреплен к одной стороне средства ввода гибких труб, второй элемент зацепления прикреплен к противоположной стороне средства ввода гибких труб, элементы зацепления выполнены с возможностью перемещения из первого, незацепляющего, положения, в котором первый и второй элементы зацепления не зацепляют первую и вторую направляющие соответственно, во второе, зацепляющее, положение, в котором первый элемент зацепления зацепляет первую направляющую и второй элемент зацепления зацепляет вторую направляющую, причем первый и второй элементы зацепления способны предотвращать реактивное перемещение средства ввода гибких труб относительно вышки в ответ на силы, действующие на средство ввода гибких труб.

Первый и второй элементы зацепления могут иметь первый и второй вилочные элементы соответственно, при этом каждый вилочный элемент имеет штангу, прикрепленную к средству ввода гибких труб.

Первая и вторая штанги могут быть прикреплены к средству ввода с возможностью их поворота.

Каждый вилочный элемент может содержать два зубца, расположенных на расстоянии друг от друга, и при перемещении вилочных элементов во второе зацепляющее положение первая направляющая расположена между зубцами первого вилочного элемента, а вторая направляющая расположена между зубцами второго вилочного элемента.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает боковую вертикальную проекцию системы гибких труб, используемую в настоящем изобретении;

фиг.2 - вид сверху системы гибких труб, показанной на фиг.1;

фиг.3 - вид сбоку системы гибких труб, показанной на фиг.1, вблизи буровой установки;

фиг.4 - вид сбоку системы средства ввода гибких труб системы, показанной на фиг.1 и перемещенной в положение в буровой установке для выполнения операций с гибкими трубами;

фиг.5 - поперечное сечение по линиям 5-5 на фиг.4;

фиг.6 - вид, аналогичный фиг.4 и показывающий средство ввода гибких труб, перемещенное из положения согласно фиг.4 в положение, в котором операции с помощью верхнего привода можно выполнять буровой установкой;

фиг.7 - вид сбоку еще одного осуществления изобретения, показывающий буровую установку с верхним приводом с установленным на ней подъемником для перемещения средства ввода гибких труб из системы гибких труб;

фиг.8 - вид, аналогичный фиг.7, показывающий штанги подъемника, зацепленные со средством ввода гибких труб на системе гибких труб;

фиг.9 - вид, аналогичный фиг.8, показывающий средство ввода гибких труб, перемещенное в положение на буровой установке с верхним приводом для выполнения операций с помощью гибких труб;

фиг.10 - вид, аналогичный фиг.9, показывающий средство ввода гибких труб, перемещенное из положения согласно фиг.9 в положение, в котором операции при помощи верхнего привода можно выполнять буровой установкой с верхним приводом;

фиг.11 - увеличенный вертикальный вид, показывающий один из способов подвешивания средства ввода гибких труб к верхнему приводу;

фиг.12 - вид, аналогичный фиг.11, показывающий расположение средства ввода гибких труб под верхним приводом - перед подвешиванием к нему;

фиг.13 - поперечное сечение по линиям 13-13 на фиг.12;

фиг.14 - увеличенный вид, аналогичный фиг.5, иллюстрирующий способ подвешивания средства ввода гибких труб к буровой вышке.

Описание предпочтительных осуществлений

На фиг.1 и 2 показана система 10. Система 10 гибких труб содержит тягач 12 колесного типа с цапфой 14 для сцепления тягачом или т.п. в целях нужного перемещения тягача 12. Выносные опоры 12а и 12b обеспечивают устойчивость тягачу 12, когда тот установлен для работы. В опорных плитах 15 и 17 на тягаче 12 с возможностью его вращения установлен барабан 14 гибких труб. Тягач 12 также содержит платформу 16, на которой расположено средство 18 ввода гибких труб. Согласно известному уровню техники средство 18 связано с направляющей 20, которая направляет гибкую трубу 22, сматываемую с барабана 14 гибких труб, в средство 18. Гибкая труба 22 вставлена в средство 18 ввода. Направляющая 20 состоит из двух секций 20а и 20b, скрепленных вместе шарниром 24. Узел 20с поршня/цилиндра соединяет друг с другом средство 18 ввода и секцию 20b направляющей для упоминаемых ниже целей. На платформе 16 с возможностью поворота также установлена пара раздвижных стрел 26 и 28, состоящих из трех раздвижных секций. Между тягачом 12 и стрелами 26 и 28 соединены узлы 29, 31 поршня/цилиндра соответственно, выполненные с возможностью приведения их в действие гидравлической системой, которая не показана, но хорошо известна специалистам данной области техники.

Конструкция, представляющая собой бурт 34, прикреплена к и окружает корпус 36 средства 18 ввода. Бурт 34 имеет первую и вторую проушины 38 и 40, которые проходят поперечно в наружном направлении по существу на диаметрально противоположных сторонах бурта 34. Стрелы 26 и 28 с возможностью их поворота прикреплены соединениями 30 и 32 к проушинам 38 и 40 соответственно. Бурт 34 также имеет пару промежуточных опор 42 и 44, которые служат для шарнирного поворота пары вилочных элементов 46 и 48 соответственно. Вилочный элемент 46, имеющий штангу 50, прикрепленную к головной части, состоящей из первого и второго расположенных на расстоянии друг от друга зубцов 52 и 54. Аналогичным образом вилочный элемент 48 содержит штангу 56, прикрепленную к головной части, состоящей из расположенных на расстоянии друг от друга зубцовых элементов 58 и 60 (фиг.5).

На фиг.4 и 5 показана вторая опорная конструкция 70. Опорная конструкция 70 состоит из каркаса, включающего в себя платформу 72, расположенную над устьем 74 скважины (не показано). На платформе 72 установлена буровая лебедка 76 с тросом 78, который проходит к кронблоку 80 на буровой вышке 82. В поясняемом осуществлении вышка 82 состоит из первой и второй расположенных на расстоянии друг от друга колонн 84 и 86. Вдоль колонны 84 с прикреплением к ней расположена направляющая 88, направляющая 90 прикреплена к колонне 86 и проходит вдоль нее. Показано, что буровая вышка 82 сформирована по существу из двух колонн, но подразумевается, что это показано только для упрощения и виды конструкции вышки 82 могут быть разными. Верхний привод 92 подвижно, например с возможностью поступательного перемещения, установлен на вышке 82 для продольного перемещения по ней; при этом привод 92 при поступательном его перемещении контактирует с направляющими 88 и 90 и перемещается тросами 94, проходящими с кронблока. Опорная конструкция 70 с буровой вышкой 82 названа здесь как буровая установка с верхним приводом.

Согласно фиг.4 средство 18 ввода находится в рабочем положении, т.е. в положении проведения операций с помощью гибких труб в стволе скважины под устьем 74 скважины. Для выполнения этой операции узлы 29, 31 поршня/цилиндра приводятся в действие для перемещения стрел 26, 28 в положение, показанное на фиг.4. Стрелы 26, 28 являются стрелами раздвижного типа, секции которых выполнены с возможностью выдвижения в положение согласно фиг.4 гидравлическими или механическими средствами, хорошо известными специалистам. За счет поворотного движения стрел 26, 28 из положения согласно фиг.1 при помощи узлов 29, 31 поршня/цилиндра средство 18 ввода перемещается с первой опорной конструкции 12 на вторую опорную конструкцию 70 в рабочем положении. Также узел 20с поршня/цилиндра задействован для перемещения секции 20b направляющей 20 в показанную на фиг.4 часть, в результате чего образуется законченная направляющая дуга. Нужно отметить, что хотя вторая опорная конструкция 70 показана как фиксированная конструкция, она может представлять собой и колесную конструкцию, и в этом отношении слово «опорная конструкция» включает в себя любую опору, платформу, салазки или любую конструкцию - будь то фиксированная, колесная или самоходная конструкция.

Согласно фиг.4 после установки средства 18 ввода в положение согласно фиг.4, т.е. средство ввода расположено на одной линии с верхним приводом 92, и выходящая из него гибкая труба 22 по существу выровнена с устьем 74 скважины и, следовательно, со стволом скважины под устьем. Тросы 100 от привода 92 соединены со средством 18, в результате чего это средство теперь подвешено к приводу 92. В этом положении средство 18 и привод 92 по существу находятся на одной линии друг с другом и с устьем 74 скважины. Нужно также отметить, что в этом положении привод 92 служит по сути элеватором для средства 18, в результате чего оно может перемещаться вдоль вышки 82. Для этого после того, как средство 18 займет положение согласно фиг.4 и будет расположено по существу на одной линии с приводом 92, а тросы 100 будут прикреплены таким образом, что средство 18 теперь будет подвешено к приводу 92, вилочные элементы 46 и 48 теперь перемещаются из положения согласно фиг.1, где они по существу параллельны или по меньшей мере проходят по длине средства 18 ввода в положение, показанное на фиг.5, где они теперь расположены поперечно длинной оси средства 18 и поэтому поперечны вышке 82. При перемещении в это положение направляющая 88 будет находиться между зубцами 52 и 54, а направляющая 90 будет находиться между зубцами 58 и 60. Это перемещение вилочных элементов 46 и 48 можно выполнять механически, гидравлически или, разумеется, вручную при необходимости. Теперь средство 18 можно перемещать в продольном направлении вдоль вышки 82 зацеплением вилочных элементов 46 и 48 с направляющими 88 и 90 соответственно. Разумеется, вилочные элементы 46 и 48 можно заблокировать с возможностью их высвобождения в положении согласно фиг.5 механизмами, хорошо известными специалистам. Вилочные элементы 46 и 48 показаны шарнирно прикрепленными к средству 18 ввода, но нужно отметить, что вилочные элементы могут быть выполнены в виде поршня/цилиндра или как раздвижные, при этом вилочные элементы в отведенном положении не будут контактировать с направляющими 88 и 90, но в выдвинутом положении эти направляющие будут находиться между зубцами соответствующих вилочных элементов. Нужно также отметить, что можно применить и другие виды зацепляющих элементов, которые избирательно и с возможностью отсоединения будут обеспечивать оперативное соединение между направляющими 88, 90 и средством 18 ввода гибких труб.

Это избирательно отсоединяемое зацепление средства 18 с направляющими 88 и 90, наряду с возможностью для средства 18 перемещаться в направляемом состоянии вдоль вышки 82, обеспечивает важную функцию исключения возможности поворота средства 18 в направлениях стрелок А или В, реагируя на усилия, действующие на гибкую трубу 22 от направляющей 20, если, например, она вводится в ствол скважины или поднимается из него. Соответственно, вилочные элементы 46 и 48 совместно с направляющими 88 и 90 служат стопорами крутящего момента, т.к. они останавливают и по существу предотвращают поворотное движение средства 18 вокруг воображаемой оси, проходящей между колоннами 84 и 86, образующими вышку 82.

Фиг.4 и 5 показывают ситуацию, при которой средство 18 ввода перемещено в рабочее положение в вышке 82, т.е. перемещено с опорной конструкции 12. Фиг.3 показывает состояние, в котором опорная конструкция 10 примыкает к опорной конструкции 70, и до перемещения средства 18 с опорной конструкции 10 в положение, показываемое на фиг.4. Нужно отметить, что на фиг.3 привод 92 выполнен с возможностью выполнения операций с секционными трубами, т.к. средство 18 не подвешено к приводу 92 и, соответственно, не мешает приводу 92 вводить в или поднимать секционную трубу из ствола скважины под устьем 74 скважины.

На фиг.6 показано положение, в котором средство 18 перемещено из положения согласно фиг.4 в положение, в котором оно отсоединено от привода 92. Средство 18 перемещено поперечно от вышки 82, в результате чего оно не мешает действию привода 92 или его продольному перемещению вдоль направляющих 88, 90. В положении согласно фиг.6 по завершении операций с использованием привода 92 этот привод 92 можно затем переместить вверх на вышке 82, средство 18 можно переместить в положение согласно фиг.4 и снова подвесить на тросах 100 к приводу 92 и начать выполнение операций с гибкой трубой. Очевидно, что настоящее изобретение обеспечивает быстрый способ перехода с операций с секционными трубами с использованием привода 92 к операциям с использованием средства 18 и наоборот. Помимо этого, нужно отметить, что поскольку опорная конструкция 12 и опорная конструкция 70 отделены друг от друга, то если планируются длительные операции с использованием привода, то систему гибких труб можно транспортировать на другую площадку для выполнения операций с гибкими трубами при помощи другой буровой установки с верхним приводом.

На фиг.7 показано еще одно осуществление изобретения, в котором подъемник для перемещения средства ввода гибких труб с его опорной конструкции и в рабочее положение на вышке с верхним приводом установлен на опорной конструкции для буровой вышки, а не на опорной конструкции для гибких труб. Система 100, аналогичная системе 10, включает в себя опорную конструкцию 102, которая, как показано на чертеже, является колесным прицепом с цапфой 104 для сцепления с тягачом или пр. в целях ее транспортирования. Как и в опорной конструкции 12, опорная конструкция 102 имеет выносные опоры 108 и 110 для придания устойчивости опорной конструкции 102, когда та находится в работе.

Пара несущих стоек 112 и 114 проходит вверх от платформы 106 на опорной конструкции 102 и образует опору для средства 116 ввода гибких труб. В основном средство 116 аналогично средству 18. Средство 116 имеет конструкцию с таким буртом, как бурт 34, направляющую, такое поршневое/цилиндровое устройство, как цилиндр 20с, и также такие вилочные элементы, как вилочные элементы 46 и 48, и назначение всех их то же, что и описываемое выше в отношении средства 18. В соответствующих промежуточных опорах 118, из которых показана только одна, установлен, с возможностью его поворота, барабан 120 гибких труб 122, и гибкая труба 122 проходит от барабана 120 к средству 116 ввода.

В осуществлении согласно фиг.7 вторая опорная конструкция 130 во многих отношениях аналогична опорной конструкции 70 в том, что имеет каркас, содержащий платформу 132, на которой установлена (не показана) буровая лебедка 76, показанная на фиг.4. Опорная конструкция 130 установлена над устьем 134 скважины, под которым находится ствол скважины (не показан). К платформе 132 или к любому образующему каркас опорной конструкции конструкционному элементу прикреплена пара раздвижных стрел 134, из которых показана только одна. Раздвижные стрелы 136 шарнирно прикреплены 138 к платформе 132 или, как упоминалось выше, к соответствующему конструкционному элементу, формирующему опорную конструкцию 130.

Узлы 140 поршня/цилиндра (показан только один) с возможностью поворота прикреплены к каркасу, формирующему опорную конструкцию 130, и также с возможностью поворота прикреплены к стреле 136. Также, хотя это не показано, подразумевается, что обеспечены две стрелы 136, которые обе прикреплены к опорной конструкции 130 методом, описываемым выше в отношении стрелы 136. Пара стоек 113 (показана только одна) прикреплена к противоположным сторонам средства 116 и проходит в наружном направлении от них. Стойки 113 имеют некруглые концы, например в виде двухсторонних выточек под ключ, являющиеся дальними по отношению к средству 116. На концах раздвижных секций 136а стрел 136, которые наиболее удалены от точек 138 поворотного соединения, установлены избирательно отсоединяемые инструментальные ключи 115 (показан только один). Профиль инструментальных ключей 115 соответствует некруглым концевым профилям стоек 113. Причем инструментальные ключи 115 выполнены с возможностью поворота относительно секций 136а. Соответственно, когда инструментальные ключи 115 зацепляют стойки 113, то между ними взаимного перемещения нет. При этом раздвижные секции 136а стрел 136 имеют узлы 146 поршня/цилиндра, которые соединены между раздвижными секциями 136а и инструментальными ключами 115. Когда раздвижные стрелы 136 перемещаются в положение, показываемое на фиг.8, то инструментальные ключи 115 зацепляют стойки 113, за счет чего раздвижные стрелы 136 соединяются со средством 116. По причине этого положения узлом 146 поршня/цилиндра осуществляется оперативное соединение средства 116 с узлами 146 поршня/цилиндра. Поскольку между стойками 113 и инструментальными ключами 115 вращения по отношению друг к другу нет и т.к. стойки 113 прикреплены к средству 116, поэтому перемещение поршня узлов 146 цилиндра будет поворачивать средство 116 в нужную ориентацию после того, как оно переместится в вышку 148 (фиг.9). При этом согласно фиг.9 цилиндры выдвинуты. То есть поскольку затворный механизм, состоящий из стоек 113 и инструментальных ключей 115, поворачивает средство 116, когда поршни узлов 146 выдвинуты согласно фиг.9, средство 116 можно сцентрировать надлежащим образом.

Опорная конструкция 130 также имеет вышку 148, которая аналогично вышке 82 содержит две отделенные друг от друга интервалом колонны 150 (показана только одна). Подразумевается, что вышка 148, хотя она на фиг.7 показана установленной по существу вертикально, может быть вышкой такого типа, которую можно переместить из вертикального положения в горизонтальное для транспортирования, т.е. когда опорную конструкцию 130 перемещают с одной площадки на другую. Это обычно предусматривается для обеих вышек 82 и 148. В вышке 148 подвижно, например с возможностью поступательного перемещения, установлен верхний привод 152, который подвешен известным образом и в соответствии с приводимым выше описанием осуществления согласно фиг.1-6 на кронблоке, который в свою очередь прикреплен к буровой лебедке (не показана). Буровая установка с верхним приводом, состоящая из буровой вышки 148, имеет направляющие (не показаны), прикрепленные к колоннам 150 и проходящие продольно по ним; причем упомянутые направляющие являются направляющей для привода 152, когда он перемещается в продольном направлении вдоль вышки 148. В осуществлении согласно фиг.7 опорная конструкция 100 подходит к опорной конструкции 130. В этом положении привод 152 может выполнять операции с трубами, например спускать и поднимать трубу в ствол скважины и из него под устьем 134 скважины. Также нужно отметить (не показано), что опорная конструкция 130, как и опорная конструкция 70, может иметь ротор буровой установки или другое аналогичное устройство, известное специалистам, для сборки и разъединения секционных соединений.

На фиг.8 система 100 и, в частности, опорная конструкция 102 переместилась по существу встык с опорной конструкцией 130. Также показано, что раздвижные стрелы 136 подняты цилиндрами 140 и выдвинуты таким образом, что секции 136а раздвижных стрел 136 установили инструментальные ключи 115 в положение, в котором они захватили стойки 113 средства 116 ввода гибких труб.

На фиг.9 показано, что узлы 140 поршня/цилиндра выдвинуты и переместили раздвижные стрелы 136 в положение согласно фиг.9, т.е. средство 116 теперь находится по существу на одной линии с верхним приводом 152 и находится между колоннами, образующими вышку 148. При этом также нужно отметить, что раздвижные секции стрелы 136 выдвинуты, чтобы надлежащим образом позиционировать средство 116. Аналогично осуществлению согласно фиг.1-6, когда средство 116 занимает положение в буровой вышке согласно фиг.9 и подвешено к приводу 152 тросами 153, то вилочные элементы или т.п., такие как вилочные элементы 46 и 48, могут зацеплять направляющие (не показаны) на образующих вышку колоннах 148, и средство 116 может быть подвешено к приводу 152. Поэтому, как показано на фиг.9, средство 116 находится в положении выполнения операций с гибкими трубами, вводя гибкую трубу 122 через устье 134 скважины в ствол скважины под ним.

В осуществлениях согласно фиг.4 и 9 подъемники, например раздвижные стрелы 26, 28 осуществления согласно фиг.4 и раздвижные стрелы 136 осуществления согласно фиг.9, соединены со средствами 18 и 116, когда средства находятся над устьями 74, 134 скважины соответственно. В описываемых выше осуществлениях по меньшей мере часть веса, и обычно весь вес, средства 18, 116, и также по меньшей мере часть веса, и обычно весь вес, гибких труб в стволе скважины приходится на вышки 82 и 148 соответственно, передаваясь через приводы 92 и 152 соответственно. При этом раздвижные стрелы можно отсоединить от средств ввода и, если необходимо, снять с буровых вышек. Но поскольку редко, или почти никогда, необходимо перемещать средства ввода в продольном направлении вдоль буровых вышек при выполнении операций с гибкими трубами, поэтому средства ввода могут оставаться в соединении с раздвижными стрелами. Нужно также отметить, что раздвижные стрелы можно использовать в некоторой степени вместе с тросами от верхнего привода для позиционирования средств ввода гибких труб в нужных продольных положениях в буровых вышках. В любом случае фиг.9 показывает положение, в котором средство 116 находится в положении для ввода или удаления гибкой трубы 122 в ствол скважины под устьем 134 скважины и из него.

На фиг.10 показано состояние, в котором средство 116 при помощи соответствующего взаимного перемещения стрел 136 и узла 140 поршня/цилиндра перемещено из рабочего положения, т.е. в котором средство ввода может ввести трубу 122 согласно фиг.9, в положение, в боковом направлении смещенное от вышки 148. Это позволит приводу 152 выполнять операции с секционными трубами без помехи со стороны средства 116.

Подразумевается, что при использовании способа и устройства согласно изобретению и когда операции в подземной скважине включают в себя бурение, то гибкую трубу можно соединить с нижней частью бурильной колонны, которая может включать в себя буровую коронку, забойный двигатель или другое регулирующее направленность устройство, воротники бура, датчики и пр. Использование нижней части бурильной колонны в операциях бурения с гибкими трубами хорошо известно специалистам.

Выше подъемник описывается в связи с использованием раздвижных стрел по меньшей мере на одной из опорных конструкций, но очевидно, что обе опорные конструкции могут быть оборудованы раздвижными стрелами или другими подъемными устройствами, которые могут перемещать средство ввода гибких труб с первой опорной конструкции и в рабочее, или ожидающее, состояние по отношению к буровой установке с верхним приводом. Также нужно отметить, что, когда применяются стрелы, они не обязательно должны быть раздвижными, т.е. они могут быть цельным удлиненным элементом нужной длины, например, когда средство ввода было перемещено в рабочее положение, оно будет должным образом позиционировано в вышке для операций с гибкими трубами. Не показано, но хорошо известно, что средства ввода гибких труб обычно применяют со смазочными устройствами, особенно, если выполняют капитальный ремонт/операции по увеличению дебита скважины и когда скважина находится под давлением. В этом случае устье скважины обычно имеет противовыбросовое устройство и другое обычное использующееся на устье скважины оборудование.

Подъемник не обязательно должен иметь стрелы или прочие подъемные устройства, установленные на той или другой опорной конструкции. Скорее опорная конструкция может иметь отдельный кран, например стреловой кран, который можно использовать для подъема средства ввода гибких труб с первой опорной конструкции и перемещения его в рабочее, или почти рабочее, положение по отношению к буровой установке с верхним приводом.

В излагаемых выше осуществлениях средство ввода гибких труб описывается как подвешенное к верхнему приводу, но нужно отметить, что вместо подвешивания к верхнему приводу средство ввода гибких труб можно подвесить к буровой вышке, чтобы вес средства ввода или вводимой в ствол скважины гибкой трубы передавался непосредственно к буровой вышке, а не по верхнему приводу к буровой вышке. Подвешивание средства ввода гибких труб к буровой вышке можно выполнить любыми методами, известными специалистам. Например, на фиг.14 показан узел для подвешивания средства ввода к буровой вышке. Показано, что узел согласно фиг.14 по существу тот же, что и согласно фиг.5. Но в осуществлении согласно фиг.14 зубцы 58а и 60а имеют совмещающие отверстия, которые выполнены с возможностью совмещения с отверстием в направляющей 90, в результате чего штырь 91 может проходить через совмещающие отверстия в зубцах 58, 60 и в направляющей 90. Аналогичным образом штырь 89 входит в совмещающие отверстия в зубцах 52а, 54а и в направляющей 88. Нужно отметить, что штыри можно вставить механическими средствами или вручную или при помощи гидравлической системы и пр. Причем в направляющих 88 и 90 можно обеспечить гнезда, которые смогут зацепляться приводимыми в действие вручную или гидравлическими средствами штырями, перемещающимися из первого положения из зацепления с отверстиями в направляющих 88 и 90 во второе положение, в котором они выдвинуты поперечно в наружном направлении из средства 18 ввода и входят в отверстия в направляющих 88 и 90. Также нужно отметить, что штыри и отверстия предпочтительно являются некруглыми, в результате чего, как упомянуто выше, будет предотвращаться кручение средства 18 ввода. Для подвешивания этого средства к буровой вышке, а не к верхнему приводу, можно использовать многие методы.

В описываемых выше осуществлениях и когда средство ввода подвешено к верхнему приводу использовались тросы, проходящие между верхним приводом и средством ввода гибких труб и которые подвешивали это средство к верхнему приводу. Более целесообразный способ подвешивания этого средства к приводу показан на фиг.11-13. На фиг.11 средство 116 ввода установлено в вышке 148, т.е. на одной линии с приводом 152. К верху привода 152 прикреплена пара держателей (показан только один). Держатели 200 имеют совмещающие отверстия 202, через которые проходит вал 204. К валу 204 подвешена с возможностью ее поворота пара серег 206, из которых показана только одна. К нижнему концу серег 206 прикреплен элеватор 208, известный из уровня техники.

Также с возможностью его поворота к приводу 152 прикреплен узел 210 поршня/цилиндра. Узел поршня/цилиндра, также с возможностью поворота, прикреплен к серьгам 206. К верху средства 116 прикреплены расположенные на расстоянии друг от друга стойки 216 и 218. Поперечина 220 соединена между стойками 216 и 218. К поперечине 220 прикреплен и проходит от нее вверх подвес 222, сверху которого прикреплена рукоятка 224. Рукоятка 224 согласно фиг.13 имеет более крупный поперечный габарит, чем подвес 222. Подвес 222, рукоятка 224, поперечина 220 и стойки 216 и 218 образуют по существу жесткую конструкцию, жестко прикрепляемую к средству 116 ввода гибких труб.

Элеватор 208 является элеватором оболочечного типа с двумя шарнирными половинами, размыкаемыми и отмыкаемыми вручную или гидравлически. На фиг.11 элеватор 208 показан замкнутым вокруг подвеса 222, при этом рукоятка 224 выступает над элеватором 208. Нужно отметить, что когда элеватор 208 замкнут вокруг подвеса 222, то на него может опираться средство 116 ввода. Этот элеватор 207 является элеватором обычного типа, используемым для захвата бурильной трубы или обсадной трубы с муфтовыми соединениями из V-образной дверцы, чтобы составить колонну секционных труб. В любом случае, когда элеватор 208 находится в замкнутом положении согласно фиг.11, то средство 116 при этом подвешено к приводу 152 при помощи серег 206.

Фиг.12 аналогична фиг.11, но показывает элеватор 208, отсоединенный от подвеса 222. При этом узел 210 поршня/цилиндра выдвинут, чтобы переместить серьги 206 и, поэтому, элеватор из зацепления с подвесом 222. В этом положении элеватор 208 будет в разомкнутом положении. Для зацепления подвеса 222 узел 210 поршня/цилиндра теперь отведен (фиг.11), в результате чего серьги 206 и, поэтому, элеватор 208 перемещаются в зацепление с подвесом 222.

Приводимые выше описание и примеры поясняют некоторые осуществления изобретения. На их основе специалисту в данной области техники будут очевидными варианты и модификации, которые все будут входить в объем и концепцию данного изобретения.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к выполнению операций в подземных буровых скважинах с помощью гибких труб. Устройство для проведения операций в подземной скважине, содержащее систему гибких труб, содержащую первую опору, средство ввода гибких труб и барабан гибких труб, вторую опору, отдельную от первой опоры, буровую вышку, установленную на второй опоре, верхний привод, установленный на буровой вышке, для его перемещения в продольном направлении по ней, подъемник, выполненный с возможностью зацепления со средством ввода гибких труб и перемещения упомянутого средства с опоры в положение, в котором упомянутое средство ввода выровнено с верхним приводом и подвешено к приводу или буровой вышке, и стопор крутящего момента, соединяющий друг с другом буровую вышку и средство ввода гибких труб, чтобы предотвращать реактивное перемещение упомянутого средства ввода гибких труб относительно буровой вышки. В стволе скважины проводят операцию, которая включает в себя подачу гибких труб с барабана через средство ввода гибких труб в ствол скважины, при этом, по меньшей мере, часть веса упомянутого средства и, по меньшей мере, часть веса гибкой трубы в стволе скважины приходится на буровую вышку. Обеспечивает быстрое переключение между операциями с гибкими трубами и операциями с использованием верхнего привода. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ проведения операций в подземной буровой скважине, включающий следующие операции:
обеспечение системы гибких труб, содержащей первую опору, средство ввода гибких труб и барабан гибких труб;
обеспечение второй опоры, отдельной от первой опоры, установка буровой вышки на второй опоре и расположение над устьем скважины верхнего привода на буровой вышке для продольного перемещения по ней; обеспечение подъемника;
перемещение средства ввода гибких труб подъемником с первой опоры в положение, в котором средство ввода гибких труб может быть подвешено к верхнему приводу;
подвешивание средства ввода гибких труб к буровой вышке или к верхнему приводу;
взаимное соединение буровой вышки и средства ввода гибких труб для предотвращения реактивного перемещения упомянутого средства ввода гибких труб относительно буровой вышки;
проведение в стволе скважины операции, которая включает в себя подачу гибких труб с барабана через средство ввода гибких труб в ствол скважины, при этом по меньшей мере часть веса упомянутого средства и по меньшей мере часть веса гибкой трубы в стволе скважины приходится на буровую вышку.

2. Способ по п.1, в котором упомянутая операция включает в себя бурение и соединение гибкой трубы из средства ввода с компоновкой нижней части бурильной колонны, и бурение осуществляют с указанной компоновкой, прикрепленной к гибкой трубе.

3. Способ по п.2, в котором подъемник установлен на первой или второй опоре.

4. Способ по п.3, в котором подъемник установлен на первой опоре.

5. Способ по п.3, в котором подъемник установлен на второй опоре.

6. Способ по п.1, в котором первая опора представляет собой колесный прицеп.

7. Способ по п.4 или 5, в котором подъемник содержит пару стрел, расположенных на расстоянии друг от друга.

8. Способ по п.7, в котором каждая стрела содержит раздвижные секции.

9. Способ по п.7, в котором стрелы установлены с возможностью их поворота на первой или второй опоре.

10. Способ по п.7, в котором стрелы избирательно и с возможностью их отсоединения прикреплены к средству ввода гибких труб.

11. Способ по п.1, в котором буровая вышка содержит первую и вторую расположенные на расстоянии друг от друга колонны, первую направляющую, проходящую в продольном направлении по первой колонне, и вторую направляющую, проходящую в продольном направлении по второй колонне.

12. Способ по п.11, в котором средство ввода гибких труб содержит первый и второй элементы зацепления, причем первый элемент зацепления прикреплен к одной стороне средства ввода гибких труб, второй элемент зацепления прикреплен к противоположной стороне упомянутого средства, и упомянутые элементы зацепления выполнены с возможностью перемещения из первого незацепляющего положения, в котором первый и второй элементы не зацепляют первую и вторую направляющие, соответственно, во второе зацепляющее положение, в котором первый элемент зацепления зацепляет первую направляющую, и второй элемент зацепления зацепляет вторую направляющую, причем первый и второй элементы зацепления способны предотвращать реактивное перемещение средства ввода гибких труб относительно буровой вышки в ответ на силы, действующие на средство ввода гибких труб.

13. Способ по п.12, в котором первый и второй элементы зацепления имеют первый и второй вилочные элементы, соответственно, каждый из которых имеет штангу, прикрепленную к средству ввода гибких труб.

14. Способ по п.13, в котором первая и вторая штанги прикреплены к средству ввода гибких труб с возможностью их поворота.

15. Способ по п.13, в котором каждый вилочный элемент содержит два расположенных на расстоянии друг от друга зубца, и осуществляют перемещение вилочных элементов во второе зацепляющее положение, в котором первая направляющая расположена между зубцами первого вилочного элемента, и вторая направляющая расположена между зубцами второго вилочного элемента.

16. Способ по п.1, который включает подвешивание средства ввода к верхнему приводу.

17. Способ по п.1, который включает подвешивание средства ввода к буровой вышке.

18. Устройство для проведения операций в подземной скважине, содержащее систему гибких труб, содержащую первую опору, средство ввода гибких труб и барабан гибких труб, вторую опору, отдельную от первой опоры, буровую вышку, установленную на второй опоре, верхний привод, установленный на буровой вышке, для его перемещения в продольном направлении по ней, подъемник, выполненный с возможностью зацепления со средством ввода гибких труб и перемещения упомянутого средства с опоры в положение, в котором упомянутое средство ввода выровнено с верхним приводом и подвешено к приводу или буровой вышке, и стопор крутящего момента, соединяющий друг с другом буровую вышку и средство ввода гибких труб, чтобы предотвращать реактивное перемещение упомянутого средства ввода гибких труб относительно буровой вышки.

19. Устройство по п.18, в котором подъемник установлен на первой или второй опоре.

20. Устройство по п.19, в котором подъемник установлен на первой опоре.

21. Устройство по п.19, в котором подъемник установлен на второй опоре.

22. Устройство по п.18, в котором первая опора представляет собой колесный прицеп.

23. Устройство по п.20 или 21, в котором подъемник содержит пару стрел, расположенных на расстоянии друг от друга.

24. Устройство по п.23, в котором каждая стрела содержит раздвижные секции.

25. Устройство по п.23, в котором стрелы установлены с возможностью их поворота на первой или второй опоре.

26. Устройство по п.23, в котором стрелы избирательно и с возможностью их отсоединения прикреплены к средству ввода гибких труб.

27. Устройство по п.18, в котором буровая вышка содержит первую и вторую колонны, расположенные на расстоянии друг от друга, первую направляющую, проходящую в продольном направлении по первой колонне, и вторую направляющую, проходящую в продольном направлении по второй колонне.

28. Устройство по п.27, в котором средство ввода гибких труб содержит первый и второй элементы зацепления, причем первый элемент зацепления прикреплен к одной стороне средства ввода гибких труб, второй элемент зацепления прикреплен к противоположной стороне средства ввода гибких труб, элементы зацепления выполнены с возможностью перемещения из первого незацепляющего положения, в котором первый и второй элементы зацепления не зацепляют первую и вторую направляющие, соответственно, во второе зацепляющее положение, в котором первый элемент зацепления зацепляет первую направляющую, и второй элемент зацепления зацепляет вторую направляющую, причем первый и второй элементы зацепления способны предотвращать реактивное перемещение средства ввода гибких труб относительно вышки в ответ на силы, действующие на средство ввода гибких труб.

29. Устройство по п.28, в котором первый и второй элементы зацепления имеют первый и второй вилочные элементы соответственно, при этом каждый вилочный элемент имеет штангу, прикрепленную к средству ввода гибких труб.

30. Устройство по п.29, в котором первая и вторая штанги прикреплены к средству ввода с возможностью их поворота.

31. Устройство по п.29, в котором каждый вилочный элемент содержит два зубца, расположенных на расстоянии друг от друга, и при перемещении вилочных элементов во второе зацепляющее положение первая направляющая расположена между зубцами первого вилочного элемента, и вторая направляющая расположена между зубцами второго вилочного элемента.

32. Устройство по п.18, в котором средство ввода подведено к верхнему приводу.

33. Устройство по п.18, в котором средство ввода подвешено к буровой вышке.